人工粗糙度作為一種局部強(qiáng)化換熱技術(shù),對(duì)提高再生冷卻效率有重要意義。為了研究人工粗糙度對(duì)矩形冷卻通道三維流動(dòng)與傳熱特性的影響,以及在彎曲段與二次流的耦合作用,對(duì)有人工粗糙度的三維彎曲矩形通道進(jìn)行了建模,并應(yīng)用Fluent軟件進(jìn)行了數(shù)值仿真計(jì)算,采用了能夠有效準(zhǔn)確地求解受強(qiáng)曲率影響的管道內(nèi)及近壁區(qū)域湍流流動(dòng)的RNG k-ε湍流模型。結(jié)果表明:在冷卻通道底面添加人工粗糙度會(huì)使底部流動(dòng)受到干擾進(jìn)而導(dǎo)致流速中心上移,因此在彎曲段,有人工粗糙度的冷卻通道中所產(chǎn)生迪恩渦的范圍相對(duì)較小且距離底面較遠(yuǎn),而隨著二次流的產(chǎn)生,流速中心會(huì)向底部移動(dòng),使得該處的換熱得到改善,整體對(duì)流傳熱系數(shù)上升;當(dāng)入口質(zhì)量流量分別為0.1 kg/s,0.2 kg/s,0.3 kg/s時(shí),有人工粗糙度工況下彎曲段加熱面平均對(duì)流傳熱系數(shù)分別增加了11.86%,13.11%,16.14%,表明添加人工粗糙度可以顯著提高換熱,且隨著入口質(zhì)量流量的增加其對(duì)換熱的提高作用也變得越來(lái)越明顯。

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【部分圖文】：

圖1 計(jì)算域幾何模型與網(wǎng)格劃分

本文的研究對(duì)象包括內(nèi)壁和冷卻劑兩部分,如圖1所示。其中,矩形通道高h(yuǎn)=5mm,寬b=4mm,內(nèi)壁厚度均為t=1mm。從入口處到L1=150mm處為非加熱段以形成充分發(fā)展的湍流,加熱段包括L2=100mm的長(zhǎng)直段、直徑Dh=100mm的90°彎曲段和L3=100mm的....

圖2 3種網(wǎng)格數(shù)目下L2加熱面壁面溫度沿軸向變化

表2網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析不同網(wǎng)格設(shè)置Tab.2Variousgridsettingsofgridindependenceanalysis粗網(wǎng)格數(shù)基準(zhǔn)網(wǎng)格細(xì)網(wǎng)格310000112000028000002計(jì)算結(jié)果分析

圖3 有人工粗糙通道底部近壁區(qū)域流線圖

圖3為有人工粗糙度的冷卻通道底面近壁區(qū)域流線圖,從圖3中可以看出,由于人工粗糙度的存在,使得流場(chǎng)結(jié)構(gòu)有了較大的改變。首先使得近壁區(qū)域的層流結(jié)構(gòu)遭到破壞,在每個(gè)凸臺(tái)下游處產(chǎn)生了局部的渦旋。其次,冷卻劑在流經(jīng)凸臺(tái)時(shí)會(huì)使流線受到壓縮,進(jìn)而產(chǎn)生了局部的高流速區(qū)域。圖4給出了兩種工況下彎曲....

圖5 θ=0°,45°,90°截面軸向速度云圖與速矢量圖(左:無(wú)粗糙度;右:有粗糙度)

二次流與渦流的疊加強(qiáng)度可以通過(guò)螺旋度的絕對(duì)值來(lái)測(cè)量,圖6給出了兩種情況下沿流動(dòng)方向螺旋度變化。由圖6可知,在L2長(zhǎng)直段,無(wú)粗糙度情況下的螺旋度為0,因?yàn)榇藭r(shí)還沒(méi)有產(chǎn)生二次流。而對(duì)于有粗糙度的情況而言,由于粗糙度的存在使得流體在靠近壁面處產(chǎn)生渦流,因此其在L2處存在一定量的螺旋度。....

本文編號(hào)：4016245